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Cellules de la peau transformées en cellules du cerveau
Selon de nouvelles recherches, les cellules de la peau appelées fibroblastes peuvent être transformées en neurones rapidement et efficacement avec seulement quelques modifications génétiques. La conversion étonnamment simple, qui ne nécessite pas le retour des cellules à un état embryonnaire, suggère que les cellules adultes différenciées sont beaucoup plus flexibles qu'on ne le pensait auparavant.
Transformation cellulaire : Un cocktail de trois gènes peut transformer les cellules de la peau en neurones (ici en rouge).
Si la recherche, publiée dans la revue La nature hier, peut être répété dans des cellules humaines, cela fournirait une méthode plus simple pour générer des neurones de remplacement à partir de patients individuels. Les cellules cérébrales dérivées d'une greffe de peau seraient génétiquement identiques au patient et élimineraient donc le risque de rejet immunitaire. Une telle approche pourrait un jour être utilisée pour traiter la maladie de Parkinson ou d'autres maladies neurodégénératives.
C'est presque effrayant de voir à quel point ces destins cellulaires sont flexibles, dit Marius Wernig , biologiste à l'Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine à Stanford, qui a dirigé la recherche. Vous avez juste besoin de quelques facteurs, et dans les quatre à cinq jours, vous voyez des signes de propriétés neuronales dans ces cellules.
Il y a trois ans, des scientifiques ont bouleversé le domaine des cellules souches en démontrant comment ramener les cellules adultes à l'état embryonnaire, en utilisant seulement quatre facteurs génétiques. La recherche sur ces cellules, appelées cellules souches pluripotentes induites (cellules iPS), a depuis explosé à travers le monde. Les cellules IPS peuvent être différenciées en n'importe quel type de cellule et sont très prometteuses pour le dépistage des médicaments et les thérapies de remplacement tissulaire. Les scientifiques tentent maintenant de pousser plus loin cette nouvelle flexibilité cellulaire en convertissant directement les cellules adultes d'un type à un autre.
En 2008, Doug Melton , Qiao Zhou , et ses collègues de l'Université Harvard ont montré qu'il était possible de convertir un type de cellule pancréatique en un autre, un exploit qui pourrait un jour aider les personnes atteintes de diabète. La nouvelle recherche démontre une transformation plus spectaculaire – la conversion des cellules de la peau en neurones. Ceci est particulièrement impressionnant car la lignée des deux types de cellules diverge très tôt dans le développement embryonnaire. (Des recherches antérieures ont suggéré que les neurones pouvaient être fabriqués à partir de cellules musculaires et de moelle osseuse, mais le sort des cellules à la fin du processus était plus trouble.)
Pour créer le puissant cocktail moléculaire, les scientifiques ont commencé avec 20 gènes connus pour jouer un rôle dans le développement neural et trouvés uniquement dans le cerveau. Tous les gènes sélectionnés étaient des facteurs de transcription, qui se lient à l'ADN et régulent l'expression d'autres gènes. En utilisant des virus pour introduire chaque gène dans des cellules de la peau poussant dans une boîte, l'équipe a découvert qu'un gène en particulier avait le pouvoir de convertir les cellules de la peau en ce qui ressemblait à des neurones immatures. Après avoir testé d'autres gènes en combinaison avec l'actif, les scientifiques ont découvert une combinaison de trois gènes capables de convertir efficacement et rapidement les cellules de la peau en neurones.
Les cellules résultantes présentent toutes les caractéristiques des neurones : elles expriment des gènes spécifiques aux neurones, elles ont la forme de ramification caractéristique des neurones et elles peuvent former des connexions électriquement actives à la fois entre elles et avec des neurones réguliers collectés dans le cerveau. Beaucoup de gens pensaient qu'il serait impossible de transformer des cellules de cette manière, dit Zhou. Le fait que vous puissiez les convertir si rapidement et efficacement est assez surprenant.
L'équipe de Wernig essaie maintenant de reproduire ce phénomène dans des cellules humaines. Si nous pouvons accomplir cela, cela ouvre la porte à des zones entières inexplorées, dit-il. Ensuite, nous pouvons dériver des neurones de la cellule cutanée d'un patient, ce qui contourne le processus cellulaire iPS compliqué. Les cellules IPS peuvent être difficiles à cultiver, et le processus prend de quatre à six semaines, dit-il.
Il reste à voir quelle approche fonctionnera le mieux dans différentes situations. L'un des avantages des cellules iPS est qu'elles peuvent produire plus d'elles-mêmes et peuvent donc être cultivées indéfiniment et en grande quantité, explique Sheng Ding , biologiste au Scripps Research Institute, à La Jolla, en Californie, qui n'était pas impliqué dans la recherche actuelle.
On ne sait pas encore exactement comment se produit la transformation remarquable révélée dans les derniers travaux. Des cellules génétiquement identiques peuvent avoir des identités très différentes grâce à l'épigénétique, qui fait référence aux différents mécanismes dont dispose une cellule pour emballer son ADN. Cet emballage régule quels gènes sont facilement accessibles et actifs dans la cellule, qui à son tour détermine si elle devient une cellule de la peau, une cellule cardiaque ou une cellule cérébrale.
De manière générale, les scientifiques pensent que les facteurs de transcription utilisés dans diverses recettes de reprogrammation modifient cet emballage d'ADN. Nous avons besoin d'une réelle compréhension épigénétique et moléculaire du mécanisme afin de manipuler le système plus intelligemment, explique Zhou.
Les mécanismes sous-jacents à la reprogrammation directe peuvent s'avérer plus complexes que dans la reprogrammation des cellules iPS. La conversion de cellules adultes à un état embryonnaire peut simplement impliquer l'élimination des marqueurs épigénétiques. Mais lors de la reprogrammation directe d'une cellule somatique à une autre, vous ne pouvez pas supprimer au hasard les marques épigénétiques, explique Zhou. Vous devez en supprimer et en ajouter et en garder beaucoup intacts. Reconnaître ce qu'il faut laisser seul et lequel changer est la clé.
Avant que la technologie ne puisse être testée pour des thérapies humaines, les chercheurs devront probablement trouver une combinaison de produits chimiques pouvant obtenir les mêmes résultats que les gènes utilisés dans l'étude, car les cellules génétiquement modifiées peuvent comporter un risque de cancer (les scientifiques l'ont déjà fait avec cellules iPS). Les chercheurs devront également montrer que les cellules peuvent fonctionner correctement lorsqu'elles sont transplantées dans le cerveau. Wernig prévoit maintenant de tester cela sur des souris conçues pour avoir une maladie similaire à la maladie de Parkinson.
La recherche est également susceptible de provoquer une refonte du destin des cellules. Pendant longtemps, les modifications épigénétiques ont été considérées comme extrêmement stables, explique Wernig. Avant Dolly le mouton ou les cellules iPS, les gens pensaient que les modifications épigénétiques étaient irréversibles – qu'une fois définies au cours du développement, elles n'étaient pas modifiables. Mais ce n'est absolument pas vrai.